Granty Grantové agentury ČR




Dlouhodobý monitoring průtoku kapalin v otevřených korytech pomocí vizuálního sledování pohybu částic

Doba trvání: leden 2007- prosinec 2009
Registrační číslo grantu: 103/07/P269
Odpovědný řešitel: Ing. Vojtech Bareš, PhD.

Dlouhodobý monitoring průtoků v říční i městské hydrologii je základní podmínkou úspěšného řízení a modelování procesů v přirozených či urbanizovaných povodích. Jedním ze základních nedostatků užívaných metod je přímý kontakt zařízení pro měření rychlosti s proudící tekutinou, což vede k častým provozním problémům. Proto je cílem předkládaného projektu návrh, laboratorní testování a verifikace neinvazní metody měření průtoku založené na digitálním zpracování obrazu volné hladiny a pohybu přirozených plavených částic. Numerická analýza pohybu částic vede ke stanovení okamžitého rychlostního profilu povrchové rychlosti v průtočném průřezu. Uplatněním teoretických předpokladů proudění v turbulentní mezní vrstvě, aplikací metod numerického modelování a informací o tvaru průtočného průřezu lze stanovit okamžitou hodnotu průtočného množství kapaliny. Výsledky prokazují schopnost metody LSPIV (Large-Scale Particle Image Velocimetry) stanovit rychlostní profil na základě snímkování volné hladiny a pohybu částic. V laboratorních podmínkách (měrné žlaby, fyzikální modely aluviálních toků) poskytuje metoda velmi dobré výsledky o rychlostním profilu povrchových rychlostí v příčném měrném profilu. Stanovené průtoky na základě empirického redukčního součinitele povrchové rychlosti se pohybují v odchylce do 10%. Při průtokových stavech, kdy poměr B/h (šířka proudění v hladině/střední hloubky proudění) se pohybuje nad hodnotou 4.0, kdy lze považovat proudění za dvoudimenzionální se odchylka pohybuje v rozmezí do 5%, což je vynikající výsledek. Terénní měření je závislé na množství přirozených stopovacích částic. Proto byl projekt zaměřen na měření průtoku v systémech kanalizačních sítí a ČOV, kde se dostatečný počet částic přirozeně vyskytuje. Stanovení rychlostních profilů nečinní v uvedených podmínkách větší potíže. V kombinaci s prizmatickým tvarem koryt v uvedených systémech jsou uvedené výsledky velmi uspokojivé. Výsledky projektu prokazují možnost využití uvedené technologie za využití CCD kamer a techniky vyhodnocení vektorů rychlosti LSPIV pro měření průtoku v otevřených korytech.

Více o projektu zde.

Stochastický model srážko-odtokových procesů v urbanizovaných povodích a jeho aplikace při návrhu stokových sítí

Doba trvání: leden 2006- prosinec 2008
Registrační číslo grantu: 103/06/P327
Odpovědný řešitel: Ing. David Stránský, PhD.

Návrh stokových systémů je dnes prováděn bez znalosti jejich budoucí hydraulické spolehlivosti a bezpečnosti. Technicky není problém spolehlivost a bezpečnost stokových sítí vyjádřit, ale nejistoty spojené se současnými návrhovými metodami snižují vypovídací schopnost návrhu pod únosnou mez. To je způsobeno především přílišnou schematizací srážko-odtokových procesů v povodí, kdy je ze statistiky příčiny (deště) odvozována statistika efektu (průtoku). Další nejistotu do návrhu vnášejí významné nejistoty v parametrech návrhového modelu (zejména parametry tvorby a koncentrace povrchového odtoku). Aby bylo možné tyto nejistoty postihnout, je nezbytný přechod od současného deterministického přístupu k přístupu stochastickému. Navrhovaný post-doktorský projekt si klade za cíl vytvořit stochastický model srážko-odtokových procesů v urbanizovaných povodích včetně jeho začlenění do procesu návrhu světlostí stokového systému. Model bude brát v úvahu jak variabilitu příčinného faktoru, tak i nejistoty v proměnných, parametrech a konstantách modelu. Při řešení budou využity metody matematického modelování, laboratorní a terénní měření, literární rešerše a odborné diskuze.

Rehabilitace kanalizačních staveb na poddolovaném území

Doba trvání: leden 2005- prosinec 2007
Registrační číslo grantu: 103/05/0400
Odpovědný řešitel: Doc. Dr. Ing. Miroslav Kyncl (SmVaK Ostrava a.s.)
Spoluřešitelé: Prof. Ing. Jaroslav Pollert, DrSc.; Doc.Ing. Jan Mičín, CSc. (FAST, VUT Brno)

Problematika navrhování, provozu a rekonstrukcí stokových sítí v oblastech důlních činností má řadu specifických rysů, které se při řešení stokových sítí v jiných lokalitách nevyskytují – poklesy terénu spojené s výraznými změnami hydraulických poměrů oproti původním předpokladům, změny statického působení na objekty kanalizace, specifické požadavky na sanační postupy a další.
Aplikace běžných zásad pro navrhování a provádění stokových systémů může vést v těchto oblastech k závažným poruchám a v důsledku až k destrukci těchto objektů. V návaznosti se projevují provozní problémy, které při absenci včasného zásahu mohou vést k vyřazení důležitých prvků kanalizačních soustav z provozu s následným hygienickým rizikem. Jedná se o problém mimořádného významu pro pilotní oblast i řadu dalších lokalit v oblastech s probíhající či ukončenou těžbou.
K řešení je nezbytný multidisciplinární přístup s návazností na rozvoj územních celků, to vše s dopadem na fungování daných lokalit v širších souvislostech. Cílem navrhovaného projektu je na základě podrobného rozboru klíčových efektů poddolování na funkci stokového systému formulovat hlavní zásady pro navrhování, provoz a rekonstrukce existujících kanalizačních soustav v poddolovaných územích a specifikovat obecně platné postupy rekonstrukcí vybraných prvků systému.
Navrhovatelem projektu jsou SMVAK a.s., spolunavrhovateli FAST VUT v Brně a FSV ČVUT v Praze.

Interakce odlehčovacích komor stokových sítí s recipientem

Postdoktorandský grant
Doba trvání: leden 2005- prosinec 2007
Registrační číslo grantu:
Odpovědný řešitel: Ing. Jaroslav Pollert, Ph.D.

Vytčeným cílem projektu je stanovení doporučujících podmínek pro hydraulickou funkční a provozní spolehlivost nových nebo rekonstruovaných odlehčovacích komor stok (OK) rozšířené o provozně ekologické parametry (dosud nesledované a nedoporučované). Výchozími prvky řešení bude dlouhodobé sledování vybraných OK, které budou seskupeny podle typu. Posouzení bude prováděno z hlediska provozních, kvantitativních a kvalitativních funkcí OK. Pro řešení projektu bude sestavena databáze OK. Charakteristiky budou databázově zpracovány. Díky databázovému zpracování bude možné okamžité třídění podle zadaných kritérií, což umožní rychlé a přehledné zpracování výsledků.
Posouzení z hlediska provozních problémů bude prováděno ve spolupráci s provozovateli městských stokových sítí (provozní problémy, problémy při povodních, jiné problémy)
Posouzení z hlediska kvantitativních parametrů (množství oddělené vody, množství odtokové vody, retence vody)
Posouzení z hlediska kvalitativních parametrů (estetické znečištění, vnos sedimentu do toku, jiné parametry)
Výsledkem celého projektu by mělo být doporučení pro rekonstrukce stávajících OK pro stavbu nových OK.

Vliv urbanizace na ekologický stav drobných toků

Doba trvání: leden 2005- prosinec 2007
Registrační číslo grantu: GACR 205/05/0426
Odpovědný řešitel: RNDr. Dana Komínková, Ph.D.

V souladu s koncepcí rozvoje výzkumu a vývoje v resortu životního prostředí České republiky, která je zaměřena na snižování negativních vlivů lidských aktivit na životní prostředí, je navrhovaný grant zaměřen na zjištění přijatelných ekologických průtoků pro bentické společenstvo a na možnosti obnovy tohoto společenstva pokud nejsou přijatelné ekologické průtoky dodrženy vlivem vlivu městského odvodnění. Další součastí grantu je monitorování změn kvality vodních toků v souvislosti s vlivem urbanizace a následná ochrana toků před znečištěním z městského povodí. V rámci navrhovaného projektu budou připraveny podklady pro vytvoření komplexní metodiky hodnocení toků ovlivněných vypouštěním znečištění z jednotné a oddílné kanalizace v urbanizovaných povodích. Návrh této komplexní metodiky bude v souladu s požadavky směrnice 2000/60/ES Evropského parlamentu a rady, ustavující rámec pro činnost Společenství v oblasti vodní politiky. V rámci směrnice EU je požadavek, aby vodní toky dosahovaly alespoň dobrého ekologického stavu, což znamená nejen dobrý chemický stav, ale při nejmenším i dobrý ekologický stav. Ekologický stav je vyjádřením kvality struktury a funkce ekosystémů spojených s povrchovými vodami. Proto je nezbytně nutné posuzovat vodní toky jako nedílný komplex chemické, biologické, hydrologické a geomorfologické složky.

Interakce městského odvodnění a recipientu při extrémních hydrologických stavech

Doba trvání: leden 2004- prosinec 2006
Registrační číslo grantu: GAČR 103/04/1350
Odpovědný řešitel: Prof. Ing. Jaroslav Pollert, DrSc.

Projekt je zaměřen na řešení problémů vyplývajících z interakce městského odvodnění a recipientu při extrémních hydrologických stavech. Návrh projektu vychází z hodnocení krizových stavů při povodních v letech 1997 a 2002, které přesáhly svým rozsahem stávající bezpečnostní kriteria. Cílem předkládaného projektuje návrh opatření pro zabezpečení systému městského odvodnění za extrémních krizových podmínek. Řešení se bude dále zabývat vypracováním podkladů pro návrh odvodnění nové zástavby, tak aby výsledný návrh měl stejný stupeň spolehlivosti jako kanalizace, do které se nová kanalizace napojuje. Výsledkem bude zpracování metodického pokynu pro výstavbu a posuzování kanalizace dle simulačních programů, navazujících na hydrotechnické výpočty racionálními metodami. Extrémní zatížení stokové sítě bude vyžadovat hydraulická řešení singularit v systému stoková síť -recipient, zohledňující změněné podmínky způsobené jednak tlakovými jevy při povodních, jednak dramatickým poklesem spotřeby vody a zvětšujícím se podílem dešťových vod za normálních hydrologických poměrů v OK. Ochrana recipientu si vyžádá také zpracování návrhu metodiky pro stanovení ekologické kapacity vodních toků v urbanizovaném území.

Remobilizace těžkých kovů a změna jejich distribučních koeficientů jako součást hodnocení ekologických rizik v urbanizovaných povodích drobných toků

Postdoktorandský grant
Doba trvání: leden 2003- prosinec 2005
Registrační číslo grantu: GAČR 203/03/P044
Odpovědný řešitel: RNDr. Dana Komínková, Ph.D.

Těžké kovy patří mezi nejrizikovější kontaminanty, které se dostávají do vodních toků v urbanizovaných oblastech nejen z plošných zdrojů, ale zejména ze zdrojů bodových, jakými jsou výusti dešťové kanalizace nebo výusti přepadu odlehčovacích komor jednotné kanalizace. Dosud málo probádanou problematikou zůstává vazba těžkých kovů na dnový sediment a suspendované látky a zákonitosti zpětného uvolňování do vodního prostředí.

Navrhovaný projekt se bude zabývat studiem možnosti remobilizace těžkých kovů ze sedimentu zpět do vody a s tím souvisejícími změnami rozdělovacích (distribučních) koeficientů mezi sedimentem a vodou. Distribuční koeficient je jedním z nejdůležitějších parametrů používaných pro odvození migračního potenciálu škodliviny přítomné ve vodné fázi, která je v kontaktu se sedimentem a suspendovanými látkami. Znalost tohoto migračního potenciálu je nezbytně nutná při hodnocení ekologického rizika dané škodliviny. Při hodnocení ekologického rizika je také důležité znát rozdělovací koeficient mezi prostředím a organismem. Součástí navrhovaného projektu bude zjištění závislosti změn distribučních koeficientu sediment-voda a prostředí-organismus na podmínkách v toku a jejich aplikace při hodnocení ekologického stavu drobných toků v urbanizovaných povodích.

Dopad povodní na technickou a ekologickou stabilitu drobných městských toků

Doba trvání: 2003-2004
Registrační číslo grantu: GAČR 103/03/Z017
Odpovědný řešitel: Prof. Ing. Jaroslav Pollert, DrSc.

Významným aspektem odvodnění urbanizovaného povodí je občasný a nárazový odtok velkého množství dešťové vody (povodňové stavy), neumožňující technologicky ani ekonomicky tento problém zvládnout bez obtížně definovatelné míry rizika. Stávající přístupy zaměřené na rychlé a bezpečné odvedení dešťové vody se v poslední době (zejména z pohledu povodní v roce 1997 a 2002) ukázaly jako ne zcela vyhovující, jak z pohledu protipovodňové ochrany, tak kvality vody v recipientu.

V rámci navrhovaného projektu bude sledována problematika časového a prostorového rozložení deště v zájmovém povodí a v souladu s výsledky tohoto pozorování bude proveden návrh optimalizace funkce integrovaného systému městského odvodnění při různých zátěžových stavech tak, aby co nejméně došlo k porušení ekologické integrity recipientu. Ekologická integrita toku bude v rámci projektu sledována z pohledu všech jejích složek, tzn. fyzikální (morfologie a průtoky), chemické (kvalita vody a sedimentu) a biologické (složení bentického společenstva). Stav všech těchto složek bude porovnán s daty již získanými před povodní a krátce po ní. Výsledky projektu budou sloužit jako příprava legislativních podkladů pro protipovodňová opatření a z hlediska vodohospodářského budou výsledky použity pro formulaci biokritérií a hodnocení ekologického rizika.

Expertní systém pro vyhodnocování spolehlivosti rizik městského odvodnění

Doba trvání: leden 2001- prosinec 2003
Registrační číslo grantu: GAČR 103/01/0675
Odpovědný řešitel: Doc. Ing. Jan Mičín, CSc.
Spoluřešitel: Prof. Ing. Jaroslav Pollert, DrSc.

Úroveň technického i technologického řešení problémů je limitována současným stavem poznání v řadě vědních oborů. Na rozdíl od minulosti, kdy byl u kanalizačních systémů kladen hlavní důraz na technickou úroveň jednotlivých součástí kanalizační sítě, je v současnosti stoková soustava chápána jako ovladatelný celek, při jehož řízení je jedním z prioritních cílů minimalizace dopadu vypouštěného znečištění na recipient při minimálních nákladech. Cílem projektu je propojení výzkumných programů týkajících se městského odvodnění na VUT v Brně a ČVUT v Praze. Výsledky výzkumu obou pracovišť budou základem pro formulaci expertního systému, který napomůže zvýšit spolehlivost systémů městského odvodnění a výrazně redukovat rizika související s únikem znečišťujících látek do životního prostředí. Expertní systém bude sloužit nejen k optimalizaci investičních nákladů na integrovaný systém odvodnění urbanizovaných území v rámci územního plánování, ale bude i podpůrným prostředkem matematických simulačních modelů používaných k řízení látkového toku v potrubním labyrintu stokové sítě. Znamená to, že je nutno požadavky na systém popsat kriteriální funkcí o více parametrech (např. objem, spolehlivost sítě, stavební stav konstrukce, vliv transportu sedimentu a rozpuštěných látek) s ohledem na environmentální kompatibilitu a nestacionaritu systému. Pro heuristickou optimalizaci vícekriteriální funkce bude použito operátorů genetických algoritmů, které patří mezi nejmladší a nejperspektivnější postupy evolučních algoritmů .

Transportní a transformační procesy při odvodňování urbanizovaného území

Doba trvání: leden 1997- prosinec 1999
Registrační číslo grantu: GAČR 103/97/0860
Odpovědný řešitel: Prof. Ing. Jaroslav Pollert, DrSc.

Významným aspektem odvodnění urbanizovaného povodí je občasný a nárazový odtok velkého množství dešťové vody, neumožňující technologicky a ekonomicky tento problém zvládnout bez obtížně definovatelné míry rizika. Stávající přístupy zaměření na rychlé a bezpečné odvedení dešťové vody jsou z hlediska ochrany kvality vody v recipientu nevyhovující. Navržený projekt vychází z popise transportních procesů ve stokové síti a ze zvládnutí procesu interakce voda - tuhá částice - polutant. Sledování transportních procesů bude prováděno s ohledem na usazování a transport sedimentů v závislosti k unášecím silám ve stoce resp. k tečnému napětí na povrchu sedimentu. Posouzení funkce stokové sítě jako chemického reaktoru bude zaměřeno jednak na sorpci významných polutantů na mikročástice, jednak na flokulaci neusaditelných částic. Cílem projektu je určení mechanismu transportu tuhé individuální částice a mraku částic v kapalném prostředí povrchového odtoku a ve stokové síti, navázání toxických polutantů a jejich transport urbanizovaným územím k recipientu, mechanismus splachů sídlištních a dopravních ploch vzhledem k jejich možné infiltraci do podzemní vody, omezení tvorby sedimentů ve stokách a jejich vyplavování za dešťových odtoků do recipientu, apod. Výsledky by se měly promítnout do podkladů směrnic pro navrhovatele a provozovatele kanalizačních systémů. Teoreticko - výzkumný charakter projektu bude doplněn verifikačními výsledky z terénních měření